CN114323364A - 一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，包括传感器结构，传感器结构包括一体化封装的压力测量结构和振动测量结构；还包括修正方法：a.通过振动干扰基础公式计算出干扰值ΔF：振动干扰基础公式：
b.计算修正值ΔP：将得出的ΔF带入压力传感器修正函数：ΔP＝k0+k1ΔF+k2ΔF2+k3ΔF3，计算得出修正值ΔP；c.计算修正后的压力值P总；将ΔP带入：P总＝P1‑ΔP，式中P1为压力测量结构测出的压力值。本发明提供了一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，同时完成压力信号和振动信号的测量；通过实时监测压力测量结构工作过程中受到的振动干扰，对振动信号进行处理，对压力测量进行实时振动补偿，提高压力测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及压力传感器技术领域，尤其是涉及一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法。
背景技术
压力传感器是一种用于测量液体、气体或蒸汽等流体的压力，把所测压力物理量，转换成电信号输出，再通过电路放大补偿调理后将其转变成4～20mA标准电流信号输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的力学性能检测装置，在工业中获得了广泛的应用。压电加速度传感器又称压电加速度计，主要用于振动量的测量。压电加速度传感器的原理是利用压电元件的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。在工业现场测量、监控中，压力传感器与压电加速度传感器获得了广泛的应用，但更多的场合对两种信号的测量都有需求；同时，工业现场中，压力测量仪表输出会受到振动信号的干扰，制约测量精度进一步提高。本申请提供一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，同时完成压力信号和振动信号的测量；通过实时监测压力测量结构工作过程中受到的振动干扰，对振动信号进行处理，对压力测量进行实时振动补偿，提高压力测量精度。
发明内容
本发明为了克服现有技术中压力测量仪表输出会受到振动信号的干扰，影响测量精度的不足，提供一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，同时完成压力信号和振动信号的测量；通过实时监测压力测量结构工作过程中受到的振动干扰，对振动信号进行处理，对压力测量进行实时振动补偿，提高压力测量精度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，包括传感器结构，传感器结构包括一体化封装的压力测量结构和振动测量结构；
还包括修正方法：
a.通过振动干扰基础公式计算出干扰值ΔF：振动干扰基础公式：
式中，ρ为灌充液密度，E为灌充液杨氏模量，m为压力芯片尺寸，H压力芯片间距，Δa振动测量结构的输出值；
b.计算修正值ΔP：将得出的ΔF带入压力传感器修正函数：ΔP＝k0+k1ΔF+k2ΔF2+k3ΔF3，计算得出修正值ΔP，式中k0、k1、k2、k3由实验室数据得到；
c.计算修正后的压力值P总；将ΔP带入：P总＝P1-ΔP，式中P1为压力测量结构测出的压力值。
上述技术方案中，实现压力信号与振动信号的同时监测。所述通过一体化封装设计，实时监测压力测量结构工作过程中受到的振动干扰，对振动测量结构测得的振动信号进行处理，对压力测量结构测出的压力信号进行实时振动补偿，提高压力测量精度。压力传感器修正函数可用多项式来描述：
根据实验室数据，三阶代数方程补偿精度已足够高，因此本申请采用的传感器修正函数为：ΔP＝k0+k1ΔF+k2ΔF2+k3ΔF3。
作为优选，所述压力测量结构包括依次装配的TO座、压力芯片、陶瓷电路板、陶瓷帽、底座和测量膜片；TO座与压力芯片采用与二者热膨胀系数相近的低应力胶连接；陶瓷电路板通过低应力胶与TO座连接；陶瓷帽与陶瓷电路板5连接处涂覆低应力胶；底座与测量膜片焊接。上述技术方案中，采用与压力芯片热膨胀系数接近的低应力胶，极大提高了整个压力信号测量结构的温度特性。
作为优选，所述TO座与压力芯片的点胶过程中，点胶机放置压力芯片动作的结尾给一个定量气压。上述技术方案中，点胶过程中要保证胶面均匀，以保障压力芯片与TO座间的胶液均匀。
作为优选，所述振动测量结构包括依次装配的基座、第一压电晶体、导电银片、第二压电晶体、质量块和预紧螺母，第一压电晶体和第二压电晶体并联，振动测量结构设置在底座的沉孔内，基座通过螺柱与底座刚性连接。所述振动测量结构通过螺柱与底座沉孔刚性连接，构成一个压力、振动一体测量的集成结构。采用多片压电晶体并联提高灵敏度。
作为优选，所述第一压电晶体、导电银片、第二压电晶体、质量块和预紧螺母由下至上依次套设在基座的中心圆柱上。所述振动测量结构采用中心压缩型，实现小型化设计。
作为优选，所述第一压电晶体和第二压电晶体的正负电极表面镀银，镀层厚度不小于1.6um。
作为优选，所述基座的上下两个表面经过研磨处理。
作为优选，所述质量块采用钨镍铜高比重合金制造，钨质量分数≥93％，质量块与压电晶体接触面做抛光处理。
作为优选，所述传感器结构还包括外壳结构，外壳结构包括依次连接的过程接口、保护壳和电子仓接口，底座固定在保护壳内，测量膜片设置在保护壳与底座之间。
作为优选，所述电子仓接口内设有总电路板，总电路板与电子仓接口通过螺钉刚性连接，总电路板用胶灌封，灌胶液面淹没总电路板不低于10mm。
本发明的有益效果是：实现压力信号与振动信号的同时监测。同时，通过实时监测压力测量结构工作过程中受到的振动干扰，对振动测量结构测得的振动信号进行处理，对压力测量结构测出的压力信号进行实时振动补偿，提高压力测量精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图。
图中：压力测量结构1、振动测量结构2、TO座3、压力芯片4、陶瓷电路板5、陶瓷帽6、底座7、测量膜片8、基座9、第一压电晶体10、导电银片11、第二压电晶体12、质量块13、预紧螺母14、外壳结构15、过程接口15.1、保护壳15.2、电子仓接口15.3、螺柱16、总电路板17。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1：
一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，包括传感器结构，传感器结构包括一体化封装的压力测量结构1和振动测量结构2；
还包括修正方法：
a.通过振动干扰基础公式计算出干扰值ΔF：振动干扰基础公式：
式中，ρ为灌充液密度，E为灌充液杨氏模量，m为压力芯片4尺寸，H压力芯片4间距，Δa振动测量结构2的输出值；
b.计算修正值ΔP：将得出的ΔF带入压力传感器修正函数：ΔP＝k0+k1ΔF+k2ΔF2+k3ΔF3，计算得出修正值ΔP，式中k0、k1、k2、k3由实验室数据得到；
c.计算修正后的压力值P总；将ΔP带入：P总＝P1-ΔP，式中P1为压力测量结构1测出的压力值。
上述技术方案中，实现压力信号与振动信号的同时监测。所述通过一体化封装设计，实时监测压力测量结构1工作过程中受到的振动干扰，对振动测量结构2测得的振动信号进行处理，对压力测量结构1测出的压力信号进行实时振动补偿，提高压力测量精度。压力传感器修正函数可用多项式来描述：
根据实验室数据，三阶代数方程补偿精度已足够高，因此本申请采用的传感器修正函数为：ΔP＝k0+k1ΔF+k2ΔF2+k3ΔF3。
实施例2：
如图1和图2所示，所述压力测量结构1包括依次装配的TO座3、压力芯片4、陶瓷电路板5、陶瓷帽6、底座7和测量膜片8；TO座3与压力芯片4采用与二者热膨胀系数相近的低应力胶连接，点胶过程中要保证胶面均匀，点胶机放置芯片动作结尾给一个定量气压，以保障压力芯片4与TO座3间的胶液均匀；所述陶瓷电路板5按照配合的定位特征，通过低应力胶与TO座3连接；所述陶瓷帽6与陶瓷电路板5按照设计的配合特征装配，连接处均匀涂覆低应力胶；所述底座7与膜片采用氩弧焊工艺进行焊接，焊接后焊缝熔池要均匀一致，并验证整个焊缝的气密性符合要求；所述TO座3装配体与底座7按照设计配合特征装配，通过定制压阻焊机完成一次封装，保障压阻焊工艺的气密性符合要求。
所述振动测量结构2包括依次装配的基座9、第一压电晶体10、导电银片11、第二压电晶体12、质量块13和预紧螺母14，预紧螺母14预紧力由定制的力矩扭矩工装完成，保证预紧力的一致性；所述基座9的中心圆柱保证与基座9地面垂直度满足要求；所述基座9的上下两个表面需进行研磨处理，以获得需要的光洁度保证振动的刚性传递；所述压电晶体采用PZT-5H，第一压电晶体10和第二压电晶体12的两个正负电极表面镀银，镀层厚度不小于1.6um，同时在压电晶体正极侧做红点标识，以区分压电晶体正负极。所述质量块13选用钨镍铜高比重合金，钨质量分数≥93％，质量块13与压电晶体接触面必须做抛光处理，表面要保持光滑；所述压力信号测量结构采用两片压电晶体并联，提高灵敏度，两片压电晶体正极背靠背装配，中间装配导电银片11，由导电银片11做正极，连接导线引出信号。
传感器结构还包括外壳结构15，外壳结构15包括依次连接的过程接口15.1、保护壳15.2和电子仓接口15.3，底座7固定在保护壳15.2内，测量膜片8设置在保护壳15.2与底座7之间。所述电子仓接口15.3内设有总电路板17，总电路板17与电子仓接口15.3通过螺钉刚性连接，总电路板17用胶灌封，灌胶液面淹没总电路板17不低于10mm。
本发明的有益效果是：实现压力信号与振动信号的同时监测。同时，通过实时监测压力测量结构1工作过程中受到的振动干扰，对振动测量结构2测得的振动信号进行处理，对压力测量结构1测出的压力信号进行实时振动补偿，提高压力测量精度。
Claims (10)
1.一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，其特征是，包括传感器结构，传感器结构包括一体化封装的压力测量结构和振动测量结构；
还包括修正方法：
a.通过振动干扰基础公式计算出干扰值ΔF：振动干扰基础公式：
式中，ρ为灌充液密度，E为灌充液杨氏模量，m为压力芯片尺寸，H压力芯片间距，Δa振动测量结构的输出值；
b.计算修正值ΔP：将得出的ΔF带入压力传感器修正函数：ΔP＝k0+k1ΔF+k2ΔF2+k3ΔF3，计算得出修正值ΔP，式中k0、k1、k2、k3由实验室数据得到；
c.计算修正后的压力值P总；将ΔP带入：P总＝P1-ΔP，式中P1为压力测量结构测出的压力值。
2.根据权利要求1所述的一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，其特征是，所述压力测量结构包括依次装配的TO座、压力芯片、陶瓷电路板、陶瓷帽、底座和测量膜片；TO座与压力芯片采用与二者热膨胀系数相近的低应力胶连接；陶瓷电路板通过低应力胶与TO座连接；陶瓷帽与陶瓷电路板5连接处涂覆低应力胶；底座与测量膜片焊接。
3.根据权利要求2所述的一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，其特征是，所述TO座与压力芯片的点胶过程中，点胶机放置压力芯片动作的结尾给一个定量气压。
4.根据权利要求2或3所述的一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，其特征是，所述振动测量结构包括依次装配的基座、第一压电晶体、导电银片、第二压电晶体、质量块和预紧螺母，第一压电晶体和第二压电晶体并联，振动测量结构设置在底座的沉孔内，基座通过螺柱与底座刚性连接。
5.根据权利要求4所述的一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，其特征是，所述第一压电晶体、导电银片、第二压电晶体、质量块和预紧螺母由下至上依次套设在基座的中心圆柱上。
6.根据权利要求5所述的一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，其特征是，所述第一压电晶体和第二压电晶体的正负电极表面镀银，镀层厚度不小于1.6um。
7.根据权利要求5所述的一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，其特征是，所述基座的上下两个表面经过研磨处理。
8.根据权利要求5所述的一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，其特征是，所述质量块采用钨镍铜高比重合金制造，钨质量分数≥93％，质量块与压电晶体接触面做抛光处理。
9.根据权利要求2或3所述的一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，其特征是，所述传感器结构还包括外壳结构，外壳结构包括依次连接的过程接口、保护壳和电子仓接口，底座固定在保护壳内，测量膜片设置在保护壳与底座之间。
10.根据权利要求9所述的一种带测振功能的高精度压力传感器及修正方法，其特征是，所述电子仓接口内设有总电路板，总电路板与电子仓接口通过螺钉刚性连接，总电路板用胶灌封，灌胶液面淹没总电路板不低于10mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Guo jiahuodiqu after: Zhong Guo Address after: 310051 No. 309, Liuhe Road, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant after: Zhongkong Technology Co.,Ltd. Applicant after: Zhejiang central control sensor technology Co.,Ltd. Address before: 310051 No. 309, Liuhe Road, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant before: ZHEJIANG SUPCON TECHNOLOGY Co.,Ltd. Guo jiahuodiqu before: Zhong Guo Applicant before: Zhejiang central control sensor technology Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information |